DE102017003876A1 - Wind energy plant with converter connected via a connecting line - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem in einer Gondel angeordneten Generator und einem über eine Verbindungsleitung angeschlossenen Umrichter. Insbesondere ist der Umrichter gondelfern angeordnet und über eine lange Verbindungsleitung an den Generator in der Gondel angeschlossen. Um die Windenergieanlagen so zu verbessern, dass die Filter weniger kritisch sind, sind ferner vorgesehen ein mit beiden Wechselrichtern synchroner Träger zur Ansteuerung der Stromventile mit jeweils einer Zyklenlage, ein Relativlage-Detektor, der dazu ausgebildet ist, die Zyklenlage für beide Wechselrichter zu ermitteln und deren relative Lage zueinander zu bestimmen, und ein Zyklenlageschieber, der mit dem Relativlage-Detektor zusammenwirkt und ausgebildet ist zur Verschiebung der Zyklenlage zumindest eines der Wechselrichter abhängig von der ermittelten relativen Lage.The invention relates to a wind energy plant with a generator arranged in a nacelle and a converter connected via a connecting line. In particular, the inverter is arranged gondelfern and connected via a long connecting line to the generator in the nacelle. In order to improve the wind turbines so that the filters are less critical, are also provided with a synchronous two carriers for controlling the flow control valves, each with a cycle position, a relative position detector, which is adapted to determine the cycle position for both inverters and to determine their relative position to each other, and a Zyklenlageschieber, which cooperates with the relative position detector and is adapted to shift the cycle position of at least one of the inverters depending on the determined relative position.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem in einer Gondel angeordneten Generator und einem über eine Verbindungsleitung angeschlossenen Umrichter. Insbesondere ist der Umrichter gondelfern angeordnet und über eine lange Verbindungsleitung an den Generator in der Gondel angeschlossen.The invention relates to a wind energy plant with a generator arranged in a nacelle and a converter connected via a connecting line. In particular, the inverter is arranged gondelfern and connected via a long connecting line to the generator in the nacelle.

Bei modernen Windenergieanlagen mit Umrichter sind zwei grundlegend verschiedene Bauarten bekannt. Die eine Bauart sieht eine gemeinsame Anordnung von Generator und Umrichter in der Gondel vor. Hierbei sind entweder der Generator und der Umrichter miteinander verblockt oder über eine sehr kurze Verbindungsleitung miteinander verbunden. Dies bringt den Vorteil einer kurzen Niedervolt-Verbindung mit sich. Ferner ist die Anordnung kompakt. Jedoch ist die Anordnung des Umrichter in der Gondel aus konstruktiven Gründen häufig unvorteilhaft.In modern wind turbines with inverter two fundamentally different types are known. One type provides for a common arrangement of generator and inverter in the nacelle. Here, either the generator and the inverter are locked together or connected to each other via a very short connection line. This brings the advantage of a short low-voltage connection with it. Furthermore, the arrangement is compact. However, the arrangement of the inverter in the nacelle is often unfavorable for structural reasons.

Die andere Bauart sieht eine verteilte Anordnung von Generator und Umrichter vor, wobei der Umrichter nicht in der Gondel, sondern gondelfern im Turm oder gar am Turmfuß angeordnet ist. Diese Anordnung kann konstruktive Vorteile für sich buchen. Zum einen ist das beträchtliche Gewicht des Umrichters nicht oben am Kopf des Turms, sondern weiter unten angeordnet. Zum anderen ist die Verbindungsleitung nunmehr eine reine Niedervolt-Leitung, so dass dementsprechend im Turminneren die Einhaltung der weniger strengen Vorschriften für den Umgang mit Niedervolt-Anlagen gelten (anders als die erheblich strengeren Vorschriften für den Umgang mit Mittelspannungsanlagen, wie es sonst erforderlich wäre). Diesem regulatorischen Vorteil steht als Nachteil gegenüber, dass durch die vom Umrichter aufgeprägten blockförmigen Spannungen es in Verbindung mit parasitären Kapazitäten zu Wanderwellen auf der Verbindungsleitung sowie dann auch in der Generatorwicklung kommen kann, die zu Überspannungen und Resonanzen führen. Diese können zu Schädigungen führen. Es wird daher versucht, sie durch Spannungsfilter zu vermindern.The other type provides a distributed arrangement of generator and inverter, the inverter is not located in the nacelle, but gondola remote in the tower or even at the base of the tower. This arrangement can book constructive advantages for themselves. First, the considerable weight of the inverter is not at the top of the head of the tower, but arranged further down. On the other hand, the connection line is now a pure low-voltage line, so that accordingly inside the tower compliance with the less stringent rules for dealing with low-voltage systems apply (unlike the much stricter regulations for handling medium voltage systems, as would otherwise be required) , This regulatory advantage is counteracted by the disadvantage that, due to the block-shaped voltages impressed by the converter, traveling waves can occur on the connecting line and then also in the generator winding in conjunction with parasitic capacitances, leading to overvoltages and resonances. These can lead to damage. It is therefore attempted to reduce it by voltage filters.

In der Praxis bereitet jedoch bei Windenergieanlagen mit gondelfern angeordnetem Umrichter die Auslegung besagter Filter häufig Probleme. Denn sie müssen verschiedene Ziele bedienen. Zum einen geht es darum, die Flankensteilheit zu begrenzen und Überspannungen gering zu halten. Ferner soll das Einschwingverhalten möglichst gut gedämpft sein. Dies alles soll erreicht werden, ohne große Verluste zu produzieren. Diese Anforderungen sind in der Praxis meist konträr. Die Auslegung der Filter ist daher schwierig. Über dem Betriebsbereich gesehen sind sie häufig nicht robust und/oder weisen hohe Verluste auf.In practice, however, in wind turbines with inverters arranged remote from the gondola, the design of said filters often presents problems. Because they have to serve different goals. On the one hand, it is about limiting the edge steepness and keeping overvoltages low. Furthermore, the transient response should be damped as well as possible. All this should be achieved without producing large losses. These requirements are usually contrary in practice. The design of the filter is therefore difficult. Over the operating range, they are often not robust and / or have high losses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Windenergieanlagen so zu verbessern, dass die Filter weniger kritisch sind.The invention is based on the object to improve the wind turbines so that the filters are less critical.

Die erfindungsgemäße Lösung liegt in den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The solution according to the invention lies in the features of the independent claims. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Bei einer Windenergieanlage mit einem Generator in einer Gondel, der von einem Windrotor angetrieben ist, einem Umrichter, der mit dem Generator zusammenwirkt zur Erzeugung elektrischer Leistung, einer Verbindungsleitung zwischen Generator in der Gondel und dem Umrichter, der vorzugsweise gondelfern angeordnet ist, wobei der Umrichter einen generatorseitigen und einen netzseitigen Wechselrichter umfasst, deren Stromventile mittels einer Schaltfrequenz zyklisch angesteuert sind, sind erfindungsgemäß vorgesehen ein mit beiden Wechselrichtern synchroner Träger zur Ansteuerung der Stromventile mit jeweils einer Zyklenlage,
ein Relativlage-Detektor, der dazu ausgebildet ist, die Zyklenlage für beide Wechselrichter zu ermitteln und deren relative Lage zueinander zu bestimmen, und ein Zyklenlageschieber, der mit dem Relativlage-Detektor zusammenwirkt und ausgebildet ist zur Verschiebung der Zyklenlage eines der Wechselrichter abhängig von der ermittelten relativen Lage.
In a wind turbine with a generator in a nacelle, which is driven by a wind rotor, a converter, which cooperates with the generator for generating electrical power, a connecting line between the generator in the nacelle and the inverter, which is preferably arranged away from the gondola, wherein the inverter a generator-side and a network-side inverter whose current valves are cyclically controlled by means of a switching frequency, the invention provides a synchronous with two inverters carrier for controlling the flow control valves, each with a cycle position,
a relative position detector, which is designed to determine the cycle position for both inverters and to determine their relative position to each other, and a Zyklenlageschieber, which cooperates with the relative position detector and is adapted to shift the cycle position of the inverter depending on the determined relative position.

Durch die Verschiebung der relativen Zyklenlage kann somit eine erhebliche Verringerung von Gleichtaktspannungen auf der Verbindungsleitung erreicht werden. Damit wird die Anregung zu Schwingungen und Wanderwellen entsprechend ebenso verringert. Es hat sich gezeigt, dass mit der erfindungsgemäßen Maßnahmen eine Verringerung der Spannung der Gleichtaktschwingungen um 2/3 erfolgen kann. Filter- und Spannungsverluste werden so - nicht zuletzt wegen des quadratischen Zusammenhangs zwischen Spannung und Leistung - deutlich verringert. Die Filter brauchen daher nicht mehr so aggressiv ausgelegt zu werden, und werden damit robuster und weisen geringere Verluste auf. Es wird so die Verwendung einfacher, kleinerer Filter ermöglicht. Zudem sind die Verluste verringert.By shifting the relative cycle position can thus be achieved a significant reduction of common mode voltages on the connecting line. This also reduces the excitation to oscillations and traveling waves accordingly. It has been found that with the measures according to the invention, a reduction of the voltage of the common mode oscillations by 2/3 can take place. Filter and voltage losses are significantly reduced - not least because of the quadratic relationship between voltage and power. The filters therefore no longer need to be designed as aggressive, and thus become more robust and have lower losses. This allows the use of simple, smaller filters. In addition, the losses are reduced.

Der Umrichter kann als Vollumrichter (insbesondere für Käfigläuferasynchrongeneratoren oder Synchrongeneratoren) oder als Teilumrichter (insbesondere für doppelt gespeiste Asynchrongeneratoren) ausgeführt sein.The converter can be designed as a full converter (in particular for squirrel-cage asynchronous generators or synchronous generators) or as a partial converter (in particular for double-fed asynchronous generators).

Zweckmäßigerweise ist der Relativlage-Detektor so ausgebildet, den Zyklenlageschieber nur dann anzusteuern, wenn die Relativlage außerhalb eines Intervalls ist. Hierbei sind die Grenzen des Intervalls vorzugsweise dynamisch bestimmt.Conveniently, the relative position detector is designed to drive the cycle shifter only when the relative position is outside of an interval. In this case, the limits of the interval are preferably determined dynamically.

Vorzugsweise ist ein Selektor vorgesehen, der mit Vorteil dynamisch auswählt, welcher der beiden Wechselrichter der Umrichters bezüglich seiner Zyklenlage verschoben wird. Die Einwirkung auf lediglich einen der beiden Wechselrichter ermöglicht eine direktere Kontrolle und vermeidet im Übrigen die Gefahr von Regelschwingungen durch unerwünschte Mitkopplung. Zweckmäßigerweise wird der Selektor belastungsgesteuert betätigt. Das kann mit Vorteil so gesteuert sein, dass abhängig von einem Belastungsmaß derjenige Wechselrichter von dem Selektor ausgewählt ist, der das niedrigere Belastungsmaß aufweist. Dies hat den Vorteil, dass der weniger belastete der beiden Wechselrichter zu der Verschiebung herangezogen wird. Zweckmäßigerweise kann als Belastungsmaß die Spannung an den beiden Wechselrichtern vorgesehen sein, wobei dann der Wechselrichter vom Selektor ausgewählt ist, der die niedrigere Spannung aufweist; alternativ kann auch ein Zeitparamater als Belastungsmaß fungieren, beispielsweise eine Intervalldauer eines Intervall, das zwischen Minimalwert und Maximalwert aufgespannt ist, wie nachfolgend noch näher erläutert werden wird. Preferably, a selector is provided which dynamically selects with advantage which of the two inverters of the converter is shifted relative to its cycle position. The effect on only one of the two inverters allows a more direct control and avoids incidentally the risk of control oscillations by unwanted positive feedback. Conveniently, the selector is actuated load controlled. This can be controlled with advantage in such a way that, depending on a load dimension, that inverter is selected by the selector which has the lower load dimension. This has the advantage that the less loaded of the two inverters is used for the shift. Conveniently, the voltage at the two inverters can be provided as a load measure, in which case the inverter is selected by the selector, which has the lower voltage; Alternatively, a time parameter can also act as a load measure, for example an interval duration of an interval that is spanned between the minimum value and the maximum value, as will be explained in more detail below.

Mit Vorteil ist eine Phasensortiereinheit vorgesehen, welche im Bezug auf die Phasen des Wechselrichters nach ihrer Amplitude zu sortieren. Zweckmäßigerweise ist für jeden der beiden Wechselrichter solche Transformationseinheit vorgesehen. Die Transformationseinheit ordnet auf diese Weise die Phasen hinsichtlich ihres Betrags und ermöglicht so eine einfachere Bestimmung der Zyklenlage. Mittels eines Intervallbildungsmoduls kann zweckmäßigerweise aus der minimalen und maximalen Phase das Intervall gebildet werden.Advantageously, a phase sorting unit is provided, which with respect to the phases of the inverter to sort according to their amplitude. Expediently, such a transformation unit is provided for each of the two inverters. The transformation unit thus arranges the phases in terms of their amount and thus enables a simpler determination of the cycle situation. By means of an interval forming module, the interval can expediently be formed from the minimum and maximum phase.

Zweckmäßigerweise ist eine Kreuzvergleichseinheit vorgesehen, die die Lagevektoren der beiden Wechselrichter miteinander über Kreuz vergleicht. Unter „kreuzweise“ wird hierbei verstanden, dass ein Wert für die mittlere Phase des einen Wechselrichter verglichen wird mit Werten für den Minimal- und dem Maximalwert des anderen Wechselrichters. Es wird darauf geprüft, ob der mittlere Wert in dem durch den Minimalwert und Maximalwert aufgespannten Intervall liegt. Ist das der Fall, wird ein entsprechendes Signal ausgegeben, um die Zyklenlage desjenigen Wechselrichters zu verändern, dessen Werte die Grenzen des Intervalls bestimmen. Damit wird durch die Verschiebung der Zyklen dieses Wechselrichters erzwungen, dass die Bedingung des In-das-Intervall-fallen erfüllt wird. Auf diese Weise wird ein überdeckender Betrieb der beiden Wechselrichter sichergestellt. Dies ist, wie die Erfindung erkannt hat, günstig für eine Verringerung der Gleichtaktspannungen.Conveniently, a cross-comparison unit is provided which compares the position vectors of the two inverters with each other crosswise. By "crosswise" is meant here that a value for the middle phase of the one inverter is compared with values for the minimum and the maximum value of the other inverter. It is checked whether the average value is in the interval spanned by the minimum value and the maximum value. If this is the case, a corresponding signal is output to change the cycle position of the inverter whose values determine the limits of the interval. Thus, by shifting the cycles of this inverter, it is forced to satisfy the condition of falling in the interval. In this way, an overlapping operation of the two inverters is ensured. This is, as the invention has recognized, favorable for a reduction of the common-mode voltages.

Die Erfindung erstreckt sich ferner auf einen entsprechenden Umrichter für Windenergieanlagen. Ferner erstreckt sich die Erfindung auf ein entsprechendes Verfahren.The invention also extends to a corresponding inverter for wind turbines. Furthermore, the invention extends to a corresponding method.

Zur näheren Beschreibung wird auf vorstehende Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Windenergieanlage verwiesen.For a more detailed description, reference is made to the above statements on the wind energy plant according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

  • 1. eine schematische Ansicht einer Windenergieanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2. ein Schaltbild eines Umrichters;
  • 3. Diagramme zu einem Ansteuersignal des Umrichters;
  • 4. ein Blockschaltbild für eine Ansteuerung des Umrichters;
  • 5. ein Blockschaltbild zu einem Phasensortierer;
  • 6. ein Blockschaltbild zu einem Relativlage-Detektor;
  • 7. ein Diagramm zu Zyklenlagen;
  • 8. Diagramme zur Ansteuerung von Stromventilen mit und ohne Gleichtakt-Optimierung; und
  • 9. Diagramme zur Ansteuerung von Stromventilen des Umrichters mit unterschiedlicher Spannung.
The invention will be explained below with reference to the accompanying drawings with reference to an embodiment. Show it:
  • 1 , a schematic view of a wind turbine according to an embodiment of the invention;
  • 2 , a circuit diagram of an inverter;
  • 3 , Diagrams for a control signal of the inverter;
  • 4 , a block diagram for driving the inverter;
  • 5 , a block diagram of a phase sorter;
  • 6 , a block diagram of a relative position detector;
  • 7 , a diagram of cycles;
  • 8th , Diagrams for the control of flow control valves with and without common mode optimization; and
  • 9 , Diagrams for controlling the current valves of the inverter with different voltage.

Zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels für die Erfindung wird zuerst Bezug genommen 1. Sie zeigt eine in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 1 bezeichnete Windenergieanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.For an explanation of an embodiment of the invention, reference will first be made 1 , It shows one in its entirety with the reference number 1 designated wind turbine according to an embodiment of the invention.

Die Windenergieanlage 1 umfasst einen Turm 10, an dessen oberem Ende eine Gondel 11 in Azimutrichtung schwenkbar angeordnet ist. An einer Stirnseite der Gondel 11 ist ein Windrotor 12 drehbeweglich angeordnet. Er treibt über eine Rotorwelle 13 einen in der Gondel 11 angeordneten Generator 14 an. In der Gondel 11 ist ferner eine Betriebssteuerung 2 vorgesehen, welche den Betrieb der Windenergieanlage 1 im gesamten kontrolliert.The wind turbine 1 includes a tower 10 , at the top of which a gondola 11 Is arranged pivotably in the azimuth direction. At one end of the gondola 11 is a wind rotor 12 rotatably arranged. He drives over a rotor shaft 13 one in the gondola 11 arranged generator 14 at. In the gondola 11 is also an operation control 2 provided, which the operation of the wind turbine 1 controlled throughout.

Am Fuß des Turms 10 ist ein Umrichter 3 angeschlossen. Er kann als Vollumrichter oder als Teilumrichter ausgeführt sein. Nachfolgende Erläuterung erfolgt am Beispiel der Ausführung als Vollumrichter, wobei der Generator 14 als Käfigläufer-Asynchrongenerator ausgeführt ist (andere Ausführungsarten sind auch möglich). Der Umrichter 3 umfasst einen generatorseitigen Wechselrichter 31, einen netzseitigen Wechselrichter 32 sowie einen der dazwischen angeordneten Gleichspannungszwischenkreis 30 (siehe 2). Der Umrichter 3 kann an sich an beliebiger Stelle der Windenergieanlage angeordnet sein, beispielsweise in der Gondel 11 zusammen mit dem Generator 14 oder abgesetzt von der Gondel („gondelfern“), wie in dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel. Dabei ist der Umrichter 3 mit dem Generator 14 über eine Verbindungsleitung 15 verbunden, welche von der Gondel 11 ausgehend durch den gesamten Turm 10 nach unten verläuft bis zum Anschluss an den Umrichter 3. Über eine an den netzseitigen Wechselrichter 32 angeschlossene Anschlussleitung 16 wird die von dem Generator 14 erzeugte und vom Umrichter 3 umgewandelte elektrische Leistung schließlich an ein Netz 99 abgegeben.At the foot of the tower 10 is an inverter 3 connected. It can be designed as a full converter or as a partial converter. The following explanation is based on the example of the embodiment as a full converter, wherein the generator 14 is designed as a squirrel cage asynchronous generator (other embodiments are also possible). The inverter 3 includes a generator-side inverter 31 , a grid-side inverter 32 and one of the DC intermediate circuit arranged therebetween 30 ( please refer 2 ). The inverter 3 can be arranged at any point of the wind turbine, for example in the nacelle 11 together with the generator 14 or detached from the nacelle ("gondelfern"), as in the embodiment discussed here. Here is the inverter 3 with the generator 14 over a connecting line 15 connected by the gondola 11 starting through the entire tower 10 down to the connection to the inverter 3 , About one to the grid-side inverter 32 connected connection cable 16 will be the one from the generator 14 generated and from the inverter 3 finally converted electrical power to a network 99 issued.

Der grundsätzliche Aufbau des Umrichters 3 ist, wie an sich bekannt, in 2 vereinfacht dargestellt. Der Umrichter 3 umfasst den linksseitig dargestellten generatorseitigen Wechselrichter 31 und den rechtseitig dargestellten netzseitigen Wechselrichter 32. Sie sind verknüpft durch einen Gleichspannungszwischenkreis 30. Dieser weist eine Speicherkapazität auf, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 34 ausgeführt ist. Zwischenkreisseitig sind an dem generatorseitigen Wechselrichter 31 sowie an dem netzseitigen Wechselrichter 32 je ein Glättungskondensator 38 vorgesehen.The basic structure of the inverter 3 is, as is well known, in 2 shown in simplified form. The inverter 3 includes the generator side inverter shown on the left side 31 and the right side grid side inverter 32 , They are linked by a DC voltage intermediate circuit 30 , This has a storage capacity, which in the illustrated embodiment as two series-connected capacitors 34 is executed. DC link side are at the generator-side inverter 31 as well as on the grid-side inverter 32 one smoothing capacitor each 38 intended.

Der netzseitige Wechselrichter 32 weist drei parallele Phasenstränge auf, die jeweils zwei in Reihe geschaltete Stromventile 36 umfassen, an deren mittleren Verknüpfungspunkt jeweils eine der Phasen angeschlossen ist über eine Filterimpedanz 37. Diese Stromventile 36 in den drei Phasensträngen werden über (nicht dargestellte) Signalleitungen angesteuert, wobei die entsprechenden Steuersignale als A1, A2 und A3 für die drei Phasen des netzseitigen Wechselrichters 32 bezeichnet sind.The grid-side inverter 32 has three parallel phase strings, each with two series current valves 36 comprise, at the middle node each one of the phases is connected via a filter impedance 37 , These flow valves 36 in the three phase strands (not shown) signal lines are controlled, the corresponding control signals as A1, A2 and A3 for the three phases of the network-side inverter 32 are designated.

Entsprechend weist der generatorseitige Wechselrichter 31 ebenfalls drei parallele Phasenstränge auf, die jeweils ebenfalls zwei in Reihe geschaltete Stromventile 35 umfassen, an deren mittleren Verknüpfungspunkt jeweils eine der Phasen angeschlossen ist über eine Filterimpedanz 38. Diese Stromventile 35 werden ebenfalls über (nicht dargestellte) Signalleitungen angesteuert, wobei die entsprechenden Steuersignale als B1, B2 und B3 für die drei Phasen des generatorseitigen Wechselrichters 31 bezeichnet sind.Accordingly, the generator-side inverter 31 also three parallel phase strands, each also two series-connected current valves 35 comprise, at the middle node each one of the phases is connected via a filter impedance 38 , These flow valves 35 are also driven via (not shown) signal lines, the corresponding control signals as B1, B2 and B3 for the three phases of the generator-side inverter 31 are designated.

Die Steuersignale A1, A2 und A3 sowie B1, B2 und B3 werden von einem zur Steuerung des Umrichters 3 verwendeten Pulsweitenmodulator 4 bereitgestellt (siehe 4). In je einem Grundblock 41, 42 wird für die drei Phasen jeweils eine Schaltfrequenz erzeugt. Deren Frequenz und Amplitude ist abhängig von einem mittels der Betriebssteuerung 2 für jeden der beiden Wechselrichter 31, 32 erzeugten Steuersignal. Sie wird für die drei Phasen mit unterschiedlichem Phasenversatz erzeugt, nämlich um 120° versetzt. Um eine digitale Weiterverarbeitung zu ermöglichen, werden die somit frequenzgleichen und phasenversetzten Signale jeweils einem Abtasthalteglied zugeführt und dann aus dem Grundblock 41, 42 ausgegeben. Diese Signale werden als Aref1, Aref2 und Aref3 bzw. Bref1, Bref2 und Bref3 bezeichnet.The control signals A1, A2 and A3 as well as B1, B2 and B3 are from a for controlling the inverter 3 used pulse width modulator 4 provided (see 4 ). In one basic block each 41 . 42 For each of the three phases, a switching frequency is generated. Their frequency and amplitude depends on one by means of the operation control 2 for each of the two inverters 31 . 32 generated control signal. It is generated for the three phases with different phase offset, namely offset by 120 °. In order to enable a digital further processing, the thus frequency-matched and phase-shifted signals are each supplied to a Abtasthalteglied and then from the basic block 41 . 42 output. These signals are referred to as Aref1, Aref2 and Aref3 and Bref1, Bref2 and Bref3, respectively.

Diese Signale sind angelegt an einen Eingang einer Offseteinheit 43, 44. An deren anderen Eingang ist jeweils ein Offset-Signal Aoffs und Boffs angelegt, wie später noch näher erläutert werden wird. Die somit erzeugten Signale werden als ASref1, ASref2 und ASref3 bzw. BSref1, BSref2 und BSref3 bezeichnet. Sie sind angelegt an einen Eingang eines Zyklenschieber 6, der dazu ausgebildet ist mindestens eines der Signale zyklisch in Bezug auf die übrigen Signale zu verschieben. Die Ausgangssignale des Zyklenschieber 6 werden dementsprechend bezeichnet als ASShift1, ASShift2 und ASShift3 bzw. BSShift1, BSShift2 und BSShift3.These signals are applied to an input of an offset unit 43 . 44 , At the other input, an offset signal Aoffs and Boffs is respectively applied, as will be explained in more detail later. The signals thus generated are referred to as ASref1, ASref2 and ASref3 and BSref1, BSref2 and BSref3, respectively. They are applied to an input of a cycle valve 6 designed to shift at least one of the signals cyclically with respect to the other signals. The output signals of the cycle slide 6 are accordingly referred to as ASShift1, ASShift2 and ASShift3 or BSShift1, BSShift2 and BSShift3.

Die so gewonnenen Steuersignale sind angelegt an eine Modulationsstufe 9 und werden dort einem von einer Modulationsquelle 90 bereitgestellten Trägersignal (im dargestellten Ausführungsbeispiel 2 kHz) aufmoduliert. Die eigentlichen Modulationsstufen sind mit der Bezugsziffer 91, 92 bezeichnet. Sie geben jeweils ein komplementäres Paar von Ausgangssignalen auf, wobei jedes Paar an die beiden hintereinander geschalten Stromventile in den Phasensträngen des Umrichters 3 als Steuersignal angelegt ist.The control signals thus obtained are applied to a modulation stage 9 and become one of a modulation source there 90 provided carrier signal (in the illustrated embodiment, 2 kHz) modulated. The actual modulation levels are indicated by the reference numeral 91 . 92 designated. They each output a complementary pair of output signals, with each pair connected to the two series current valves in the phase strings of the inverter 3 is created as a control signal.

Erfindungsgemäß vorgesehen sind ein Zyklenlagedetektor 5 sowie der bereits erwähnte Zyklenschieber 6. Der Zyklenlagedetektor 5 umfasst einen Phasensortierer 7 sowie eine Kreuzvergleichseinheit 8. Ferner ist ein Selektor 65 für den Zyklenschieber 6 vorgesehen.Provided according to the invention are a cycle position detector 5 as well as the already mentioned cycle slide 6 , The cycle position detector 5 includes a phase sorter 7 as well as a cross comparison unit 8th , Further, a selector 65 for the cycle slide 6 intended.

Für eine detailliertere Erläuterung des Phasensortierers 7 und der Kreuzvergleichseinheit 8 wird auf die 5 und 6 verwiesen. Der Phasensortierer 7 ist dazu ausgebildet, die Ansteuersignale für die drei Phasen nach ihrer Größe zu sortieren. Die drei Signale werden also umsortiert, um so das mit der kleinsten Amplitude Amin bzw. Bmin, dasjenige mit einer mittelgroßen Amplitude Amid bzw. Bmid sowie das mit der größten Amplitude Amax bzw. Bmax zu bestimmen. Zur Bestimmung der Signale mit der kleinsten Amplitude und zur Bestimmung der Signale mit der größten Amplitude sind jeweils ein Minimumsbildner 71 bzw. ein Maximumsbildner 72 vorgesehen. An ihren Eingängen sind jeweils die drei ursprünglichen Signale angelegt, und an ihren Ausgängen wird das kleinste bzw. größte ausgegeben. Der Aufbau eines solchen Minimumsbildners und Maximumsbildners ist an sich bekannt und braucht daher vorliegend nicht näher erläutert zu werden. Nachfolgend sei beispielhaft für den Zweig mit dem netzseitigen Wechselrichter A der Aufbau derjenigen Einheit 73 erläutert, welche das Signal mittlerer Größe Amid identifiziert. Diese Einheit 73 weist an ihrem Eingang ein Summationsglied 74 auf, an dessen Eingänge das von dem Minimumsbildner bzw. Maximumsbildner ermittelte minimal und maximal Signal Amin bzw. Amax angelegt sind. Der Ausgang des Summationsglieds 74 ist angelegt an einen Inverter 75 dessen Ausgang wiederum an ein einen Eingang eines Summationsglieds 76 angelegt ist. Das ist der Wert des mittelgroßen Signals Amid.For a more detailed explanation of the phase sorter 7 and the cross comparison unit 8th will be on the 5 and 6 directed. The phase sorter 7 is designed to sort the drive signals for the three phases according to their size. The three signals are thus resorted so as to determine the one with the smallest amplitude Amin or Bmin, that with a medium amplitude Amid or Bmid and the one with the greatest amplitude Amax or Bmax. For determining the signals with the smallest amplitude and for determining the signals with the largest amplitude are each a minimum generator 71 or a maximum creator 72 intended. The three original signals are applied to their inputs, and the smallest or largest are output at their outputs. The structure of such a minimum generator and maximum generator is known per se and therefore needs in the present case not to be explained in detail. Below is an example of the branch with the network-side inverter A, the structure of that unit 73 which identifies the mid-size amide signal. This unit 73 has a summation element at its input 74 on whose inputs the minimum and maximum signal Amin or Amax determined by the minimum generator or maximum generator are applied. The output of the summation element 74 is applied to an inverter 75 its output in turn to an input of a summation element 76 is created. That's the value of the mid-size amid signal.

Ferner ist der Ausgang des Inverters 75 angelegt an einen Multiplizierer 77, der eine Multiplikation mit dem Wert 0,5 durchführt. Damit wird ein Offset-Signal Aoffs gebildet.Further, the output of the inverter 75 applied to a multiplier 77 which performs a multiplication with the value 0.5. This forms an offset signal Aoffs.

Der Ausgang des Multiplizierers ist an den anderen Eingang des zweiten Summationsgliedes 76 angelegt. Durch Summation wird das um den Offsetwert korrigierte Ausgangssignal für den mittleren Wert ASmid gebildet. Entsprechende weitere zweite Summationsglieder 76', 76" sind auch für die Signale für das kleinste und größte Signal Amin, Amax vorgesehen, sodass auf diese Weise unter Berücksichtigung des Offsetsignals Signale ASmin, ASmax gebildet werden. - Für die drei Ansteuersignale des generatorseitigen Wechselrichters 32 ist eine entsprechende Signalverarbeitung vorgesehen. Sie generiert das entsprechende Signaltrio BSmin, BSmid und BSmax für den generatorseitigen Wechselrichter 32.The output of the multiplier is at the other input of the second summation element 76 created. By summation, the corrected by the offset value output signal for the mean value ASmid is formed. Corresponding further second summation elements 76 ' . 76 " are also provided for the signals for the smallest and largest signal Amin, Amax, so that in this way taking into account the offset signal signals ASmin, ASmax are formed. - For the three control signals of the generator-side inverter 32 a corresponding signal processing is provided. It generates the corresponding signal trio BSmin, BSmid and BSmax for the generator-side inverter 32 ,

Die beiden Signaltrios ASmin, ASmid, ASmax bzw. BSmin, BSmid und BSmax für die Ansteuerung des netzseitigen bzw. generatorseitigen Wechselrichters 31, 32 sind angelegt an einen Eingang der Kreuzvergleichseinheit 8. Die Kreuzvergleichseinheit 8 ist dazu ausgebildet zu prüfen, inwieweit der mittlere Wert des EINEN Signaltrios in dem Intervall liegt, dass durch den Minimalwert und Maximalwert des jeweiligen ANDEREN Signaltrios aufgespannt ist. Funktional umfasst die Kreuzvergleichseinheit 8 somit einen Intervallbildner einerseits sowie eine Einheit zum Überprüfung der Überdeckung andererseits. Aufbau und Funktionsweise der Kreuzvergleichseinheit 8 wird nunmehr unter Bezugnahme auf 6 erläutert. Die Kreuzvergleichseinheit weist zwei Zweige mit jeweils drei Eingängen auf. Nachfolgend sei der Zweig für die Ansteuerung des generatorseitigen Wechselrichters 32 zur Generierung des Signals BShift erläutert.The two signal trios ASmin, ASmid, ASmax or BSmin, BSmid and BSmax for controlling the network-side or generator-side inverter 31 . 32 are applied to an input of the cross comparison unit 8th , The cross comparison unit 8th is designed to check to what extent the average value of the ONE signal trio lies within the interval spanned by the minimum value and maximum value of the respective OTHER signal trio. Functionally, the cross comparison unit comprises 8th thus an interval former on the one hand and a unit for checking the overlap on the other. Structure and mode of operation of the cross comparison unit 8th will now be with reference to 6 explained. The cross comparison unit has two branches with three inputs each. Below is the branch for controlling the generator-side inverter 32 for generating the BShift signal.

Die Signale BSmin und BSmax sind jeweils angelegt an einen negativen Eingang eines Differenzgliedes 81, 82 am Eingang des Zweigs der Kreuzvergleichseinheit 8 angelegt. An den anderen, positiven Eingang des Differenzglieds 81, 82 ist der mittlere Wert des anderen Signaltrios angeschlossen, also der mittlere Wert der zu dem anderen Wechselrichter gehört. Damit ist ein Intervallbildungsmodul gebildet. Vorliegend handelte sich also um das Signal ASmid. Die Differenz aus dem Vergleich zwischen ASmid und BSmax ist angelegt an ein Begrenzungsmodul 83, welches eine Begrenzung auf positive Werte vornimmt. Das Ausgangssignal des Begrenzungsmoduls 83 ist angelegt an einen ersten Eingang eines dritten Summationsglieds 85. Die Differenz aus dem Vergleich zwischen ASmid und BSmin ist angelegt an ein Begrenzungsmodul 84, welches eine Begrenzung auf negative Werte vornimmt. Das Ausgangssignal des Begrenzungsmoduls 84 ist angelegt an einen dritten Eingang des dritten Summationsglieds 85. Aus der Summe dieser beiden Werte bildet das dritte Summationsglied 85 den Wert BSshift für die Verschiebung des Steuersignals für den generatorseitigen Wechselrichter 32. Die Elemente 83, 84, 85 fungieren als Überdeckungsmodul und wirken so zusammen, dass sie prüfen, ob der Wert ASmid in das durch BSmin und BSmax definierte Intervall fällt. Ist das nicht de Fall, wird das Signal BSshift generiert. Dieses Signal ist angelegt an ein Abschaltelement 86, welches bei Bedarf eine Verschiebung unterdrücken kann. - Der Zweig für den netzseitigen Wechselrichter ist auf der rechten Seite in 6 dargestellt und entsprechend aufgebaut. Es wird auf vorstehende Erläuterung verwiesen, welche hier entsprechend anwendbar ist.The signals BSmin and BSmax are each applied to a negative input of a differential element 81 . 82 at the entrance of the branch of the cross comparison unit 8th created. At the other, positive input of the differential element 81 . 82 the average value of the other signal trio is connected, ie the average value belonging to the other inverter. This forms an interval formation module. In the present case, this was the signal ASmid. The difference between the comparison between ASmid and BSmax is applied to a limiting module 83 which limits to positive values. The output signal of the limiting module 83 is applied to a first input of a third summation element 85 , The difference between the comparison between ASmid and BSmin is applied to a limiting module 84 , which limits to negative values. The output signal of the limiting module 84 is applied to a third input of the third summation element 85 , The sum of these two values forms the third summation term 85 the value BSshift for the displacement of the control signal for the generator-side inverter 32 , The Elements 83 . 84 . 85 act as a coverage module and work together to check that the value ASmid falls within the interval defined by BSmin and BSmax. If this is not the case, the signal BSshift is generated. This signal is applied to a shutdown element 86 which can suppress displacement if necessary. - The branch for the grid-side inverter is on the right in 6 represented and constructed accordingly. Reference is made to the above explanation, which is applicable here accordingly.

Dieser Übergang von den drei nummerierten Steuersignalen A1ref, A2ref, A3ref auf die nach Amplitudengröße sortierten Signal Amax, Amin, Amid sowie entsprechend von den Signalen Bref1, Bref2, Bref3 zu Bmax, Bmin, Bmid sind in 8 veranschaulicht. Die durchgezogene Linie (A) stellt die Schaltzyklen des netzseitigen Wechselrichters 31 dar. Die langgestrichelte Linie (B) zeigt die Schaltzyklen des generatorseitigen Wechselrichters. Die Umsortierung erfolgt durch den Phasensortierer 7. Auf Grundlage von dessen Umsortierung nach Maximum, Minimum und Mittel-Signal arbeitet die Kreuzvergleichseinheit 8. Sie prüft, ob das Bmid in das Intervall fällt, das durch die Maximalwerte Amin, Amax aufgespannt ist - das ist, wie 8 zeigt, der Fall. Weiter prüft sie, ob das Signal Amid in das Intervall, das durch die Maximalwerte Bmin, Bmax aufgespannt ist (s. die horizontale geschweifte Klammer am unteren Bildrand von 8). Das ist vorliegend ebenfalls der Fall. Es wird also die relative Zyklenlage der Ansteuerung der beiden Wechselrichter verglichen. Wäre die Situation so, dass das Signal Amid nicht in das Intervall zwischen Bmin und Bmax fiele, dann wäre die Ansteuerung ungünstig. Es läge dann also Amid entweder links oder rechts der horizontalen geschweiften Klammer. Die Kreuzvergleichseinheit 8 würde dann ein Verschiebungssignal für die Ansteuerung des generatorseitigen Wechselrichters 32 bestimmen, wodurch alle Werte von B (also Bmin, Bmax und Bmid) so weit verschoben würden, dass Amid in das nunmehr verschobene Intervall fällt und somit Überdeckung hergestellt wird.This transition from the three numbered control signals A1ref, A2ref, A3ref to the amplitude-sized signal Amax, amine, amide and, correspondingly, from the signals Bref1, Bref2, Bref3 to Bmax, Bmin, Bmid are in 8th illustrated. The solid line (A) represents the switching cycles of the grid-side inverter 31 The long-dashed line (B) shows the switching cycles of the generator-side inverter. The resorting is done by the phase sorter 7 , Based on its resorting to maximum, minimum and mid-signal, the cross-comparison unit operates 8th , It checks whether the bmid falls within the interval spanned by the maximum values Amin, Amax - that's how 8th shows, the case. It also checks whether the signal Amid is in the interval spanned by the maximum values Bmin, Bmax (see the horizontal curly bracket at the bottom of the image 8th ). This is also the case here. Thus, the relative cycle position of the control of the two inverters is compared. If the situation were such that the signal amid did not fall within the interval between Bmin and Bmax, then the control would be unfavorable. It would then be so amide either left or right of the horizontal brace. The cross comparison unit 8th would then be a displacement signal for the control of the generator-side inverter 32 which would shift all values of B (ie Bmin, Bmax and Bmid) to such an extent that Amide falls into the now shifted interval and thus coverage is established.

Somit bildet die Kreuzvergleichseinheit 8 auf Basis der beiden Signaltrios einen Verschiebungswert, der als Eingangssignal für den Zyklenlageschieber 6 dient. Es wird jeweils ein Verschiebungswert für den generatorseitigen Wechselrichter 32 und für den netzseitigen Wechselrichter 31 gebildet. Es wird jedoch in der Regel nur ein Signal verwendet. Welches verwendet wird, wird durch den Selektor 65 bestimmte. Dieser prüft das Spannungsniveau der beiden Wechselrichter ein 31, 32 und leitet das Verschiebungssignal auf denjenigen mit der kleineren Spannung. Grundsätzlich kann der Selektor 65 als eine eigenständige Einheit ausgeführt sein. Es hat sich jedoch bewährt, ihn mit der Kreuzvergleichseinheit 8 integriert auszuführen. Dies ist vorliegend so vorgesehen. Durch die einseitige Begrenzung auf positive sind negative Werte in den Begrenzungsgliedern 83, 84 wird erreicht, dass ein Verschiebungssignal nur dann entstehen kann, wenn es sich bei dem betroffenen Zweig um denjenigen des Wechselrichters mit der niedrigeren Spannung handelt. Auf diese Weise ist der Selektor 65 in die Kreuzvergleichseinheit 8 integriert.Thus, the cross-comparison unit forms 8th based on the two signal trios a shift value, which is the input signal for the cycle shifter 6 serves. In each case, a shift value for the generator-side inverter 32 and for the grid-side inverter 31 educated. However, usually only one signal is used. Which one is used is through the selector 65 certain. This checks the voltage level of the two inverters 31, 32 and passes the displacement signal to the one with the lower voltage. Basically, the selector 65 be executed as a separate entity. However, it has proven itself to him with the cross comparison unit 8th to execute integrated. This is the case in the present case. Due to the one-sided limitation to positive are negative values in the delimiters 83 . 84 is achieved that a shift signal can only arise if the affected branch is that of the inverter with the lower voltage. That way is the selector 65 in the cross comparison unit 8th integrated.

Die Grundzüge der Ansteuerung des Umrichters 3 mittels des gemäß 4,5 und 6 generierten Signals sind in den 3 und 7 dargestellt. 3 zeigt hierbei die Grundlagen am Beispiel einer Pulsweitenmodulation für eine Phase. Die im oberen Bereich dargestellte Dreieckschwingung ist diejenige des Trägersignals. Dieses wird abhängig von dem durch gestrichelte Linie dargestellten Steuersignal moduliert. Die sich damit ergebenden Schaltfrequenztakte sind mit den beiden Linien unterhalb der Dreieckschwingung dargestellt. Sie zeigen den Schaltzustand der beiden Stromventile in einem Phasenzweig, wobei die obere Linie für das obere Stromventil und die untere Linie für das untere Stromventile (vergleiche 2) steht. Die sich dann am Ausgang für die entsprechende Phase einstellende Spannung ist in der untersten Linie dargestellt. Man erkennt, dass mit steigender Steuerspannung die Weite des Pulses für das Einschaltsignal I zunimmt. Dies ist das Konzept der Pulsweitenmodulation.The basic features of controlling the inverter 3 by means of according to 4 . 5 and 6 generated signals are in the 3 and 7 shown. 3 shows the basics on the example of a pulse width modulation for one phase. The triangular wave shown at the top is that of the carrier signal. This is modulated depending on the control signal represented by dashed line. The resulting switching frequency clocks are shown with the two lines below the triangle wave. They show the switching state of the two flow valves in a phase branch, the upper line for the upper flow valve and the lower line for the lower flow control valves (cf. 2 ) stands. The voltage which then sets at the output for the corresponding phase is shown in the lowest line. It can be seen that with increasing control voltage, the width of the pulse for the turn-on signal I increases. This is the concept of pulse width modulation.

Es wird nun Bezug genommen auf 8. Sie zeigt in ihren oberen Diagrammen Werte für eine übliche in Ansteuerung der Wechselrichter 31, 32 ohne erfindungsgemäße Phasenverschiebung. Das Diagramm a) zeigt Werte für ASref1 (durchgezogene Linie), ASref2 (lang gestrichelte Linie) und ASref3 (kurz gestrichelte Linie). Das Diagramm b) zeigt entsprechend Werte für BSref1 (durchgezogene Linie), BSref2 (lang gestrichelte Linie) und BSref3 (kurz gestrichelte Linie). Das Diagramm c) zeigt die Gleichtaktspannung Acm für den netzseitigen Wechselrichter 31 (durchgezogene Linie) und Bcm für den generatorseitigen Wechselrichter 32 (gestrichelte Linie). Die sich durch unterschiedliche Schaltzyklen ergebende Gleichtakt-Differenzspannung Acm - Bcm sind in Diagramm d) dargestellt. Man erkennt eine Vielzahl scharfer Spikes, die Spannungen bis zu +/- 800 V erreichen.It will now be referred to 8th , It shows in its upper diagrams values for a usual in control of the inverters 31 . 32 without phase shift according to the invention. The graph a) shows values for ASref1 (solid line), ASref2 (long dashed line) and ASref3 (short dashed line). The diagram b) shows corresponding values for BSref1 (solid line), BSref2 (long dashed line) and BSref3 (short dashed line). Diagram c) shows the common-mode voltage Acm for the grid-side inverter 31 (solid line) and Bcm for the generator-side inverter 32 (dashed line). The common mode differential voltage Acm - Bcm resulting from different switching cycles are shown in diagram d). One recognizes a multiplicity of sharp spikes, which reach voltages up to +/- 800 V.

Unter Nutzung der erfindungsgemäßen Zyklusverschiebung ändert sich die Zyklenlage, mit welcher die Wechselrichter 31, 32 angesteuert werden. Die sich hierbei ergebenden Gleichtaktspannung Acm für den netzseitigen Wechselrichter 31 (durchgezogene Linie) und Bcm für den generatorseitigen Wechselrichter 32 (gestrichelte Linie) sind im Diagramm e) dargestellt. Die Unterschiede mögen auf den ersten Blick gering erscheinen. Betrachtet man die Differenz zwischen den beiden jedoch genauer, wie sie im Diagramm f) dargestellt ist, so wird klar, dass nunmehr eine beträchtliche Reduktion erreicht werden konnte. Es ist zu beachten, dass das Diagramm f) anders skaliert ist. Man erkennt, dass die Differenz-Gleichtaktspannung nunmehr kaum noch +/- 400 V erreicht, mithin also nur noch die Hälfte verglichen mit dem in den Diagramm c), d) dargestellten Szenario ohne die Erfindung. Eine Halbierung der Spannung führt zu einem leistungsmäßigen Absinken von Störungen aufgrund der Gleichtaktspannungen auf ein Viertel des Ausgangswerts. Das ist eine beträchtliche Reduktion.Using the cycle shift according to the invention, the cycle position at which the inverters change 31 . 32 be controlled. The resulting common mode voltage Acm for the grid-side inverter 31 (solid line) and Bcm for the generator-side inverter 32 (dashed line) are shown in diagram e). The differences may seem small at first glance. However, if one considers the difference between the two more exactly, as shown in diagram f), it becomes clear that a considerable reduction could now be achieved. It should be noted that the diagram f) is scaled differently. It can be seen that the differential common-mode voltage now barely reaches +/- 400 V, that is to say only half compared to the scenario shown in diagram c), d) without the invention. A halving of the voltage leads to a power reduction of interference due to the common-mode voltages to a quarter of the output value. That's a considerable reduction.

Es wird nunmehr Bezug genommen auf die 9 sie zeigt in der linken und rechten Bildhälfte zwei verschiedene Situationen. In der linken Bildhälfte ist dargestellt ein Betrieb des generatorseitigen Wechselrichters 32 mit einer geringeren Spannung als die des netzseitigen Wechselrichters 31. In der rechten Bildhälfte weist hingegen der generatorseitige Wechselrichter eine höhere Spannung (und Frequenz) auf. Das Diagramm a) zeigt Werte für ASref1 (durchgezogene Linie), ASref2 (punktstrichlierte Linie) und ASref3 (gestrichelte Linie). Das Diagramm b) zeigt die Phasen nunmehr aufgeschlüsselt nach der größten ASmax (punktstrichlierte Linie), der mittleren ASmid (durchgezogene Linie) und der kleinsten ASmin (gestrichelte Linie). Das Diagramm c) zeigt entsprechend die ursprünglichen Werte für BSref1 (durchgezogene Linie), BSref2 (lang gestrichelte Linie) und BSref3 (kurz gestrichelte Linie). Das Diagramm d) hingegen zeigt wiederum die Phasen aufgeschlüsselt nach ihrer Größe, und zwar BSmax (punktstrichlierte Linie), der mittleren BSmid (durchgezogene Linie) und der kleinsten BSmin (gestrichelte Linie). Der von der Kreuzvergleichseinheit 8 berechnete Wert für die Phasenverschiebung ist in die in den Diagramm e) für den netzseitigen Wechselrichter 31 und f) für den generatorseitigen Wechselrichter 32 dargestellt. Da in der linken Bildhälfte der netzseitige Wechselrichter 31 die größere Spannung aufweist, werden seine Werte nicht verschoben. Es gibt daher kein Shift-Signal für ihn. Das Shift-Signal gilt allein für den generatorseitigen Wechselrichter 32, wie in Diagramm f) dargestellt.Reference is now made to the 9 It shows two different situations in the left and right half of the picture. The left half of the figure shows an operation of the generator-side inverter 32 with a lower voltage than that of the grid-side inverter 31 , In the right half of the screen, on the other hand, the generator-side inverter has a higher voltage (and frequency). Diagram a) shows values for ASref1 (solid line), ASref2 (dot-dashed line) and ASref3 (dashed line). Diagram b) shows the phases now broken down into the largest ASmax (dot-dashed line), the middle ASmid (solid line) and the smallest ASmin (dashed line). Diagram c) shows the original values for BSref1 (solid line), BSref2 (long dashed line) and BSref3 (short dashed line). The diagram d), in turn, shows the phases broken down by their size, namely BSmax (dot-dashed line), the middle BSmid (solid line) and the smallest BSmin (dashed line). The one of the cross comparison unit 8th calculated value for the phase shift is in the in the diagram e) for the grid-side inverter 31 and f) for the generator-side inverter 32 shown. Since in the left half of the picture, the grid-side inverter 31 which has greater voltage, its values are not shifted. There is therefore no shift signal for him. The shift signal applies only to the generator-side inverter 32 as shown in diagram f).

Anders stellt sich dies für den anderen Betriebsfall da, der in der rechten Bildhälfte dargestellt ist. Hier ist die Spannung des generatorseitigen Wechselrichters 32 die größere. Dementsprechend wird dessen Signal nicht verschoben, sondern stattdessen erfolgt die Verschiebung bei dem netzseitigen Wechselrichter, wie in Diagramm e) dargestellt ist.This is different for the other operating case, which is shown in the right half of the picture. Here is the voltage of the generator-side inverter 32 the bigger one. Accordingly, its signal is not shifted, but instead the shift occurs in the grid-side inverter, as shown in diagram e).

Damit erreicht die Erfindung mit einem Minimum an Eingriffen in die Umrichtersteuerung eine beträchtliche Verringerung der Gleichtaktspannung, und insbesondere der der daraus resultierenden Leistungsdichte für Störungen. Die Erfindung eignet sich besonders für die Anordnung bei Windenergieanlagen, die weit entfernt voneinander entfernte Generatoren und Umrichter aufweisen; sie eignet sich aber auch bei gemeinsamer Anordnung von Generator und Umrichter. Da lediglich Modifizierungen in der Umrichtersteuerung erforderlich sind, eignet sich die Erfindung insbesondere auch zur Nachrüstung bestehender Windenergieanlagen.Thus, with a minimum of interference in the inverter control, the invention achieves a significant reduction in common mode voltage, and in particular, the resulting power density for noise. The invention is particularly suitable for the arrangement in wind turbines, which have widely spaced generators and converters; but it is also suitable for the joint arrangement of generator and inverter. Since only modifications in the inverter control are required, the invention is particularly suitable for retrofitting existing wind turbines.

Claims (17)

Windenergieanlage mit einem Generator (14) in einer Gondel (11), der von einem Windrotor (12) angetrieben ist, und einem Umrichter (3), der mit dem Generator (14) zusammenwirkt zur Erzeugung elektrischer Leistung, einer Verbindungsleitung (15) zwischen Generator (14) in der Gondel (11) und dem Umrichter (3), wobei der Umrichter (3) einen netzseitigen und einen generatorseitigen Wechselrichter (31, 32) umfasst, deren Stromventilen (35, 36) mittels einer Schaltfrequenz zyklisch angesteuert sind, dadurch gekennzeichnet, dass ferner vorgesehen sind ein mit beiden Wechselrichtern (31, 32) synchroner Träger zur Ansteuerung der Stromventile (35, 36) mit jeweils einer Zyklenlage, ein Relativlage-Detektor (5), der dazu ausgebildet ist, die Zyklenlage für beide Wechselrichter (31, 32) zu ermitteln und deren relative Lage zueinander zu bestimmen, und ein Zyklenlageschieber (6), der mit dem Relativlage-Detektor (5) zusammenwirkt und ausgebildet ist zur Verschiebung der Zyklenlage zumindest eines der Wechselrichter (31, 32) abhängig von der ermittelten relativen Lage.A wind turbine comprising a generator (14) in a nacelle (11) driven by a wind rotor (12) and an inverter (3) cooperating with the generator (14) for generating electrical power from a connection line (15) between Generator (14) in the nacelle (11) and the inverter (3), wherein the inverter (3) comprises a mains side and a generator side inverter (31, 32) whose flow valves (35, 36) are cyclically controlled by means of a switching frequency, characterized in that there is further provided a synchronous with both inverters (31, 32) carrier for controlling the flow control valves (35, 36) each having a cycle position, a relative position detector (5) which is adapted to the cycle position for both inverters (31, 32) to determine and determine their relative position to each other, and a Zyklenlageschieber (6), which cooperates with the relative position detector (5) and is designed to shift the cycle position at least one s the inverter (31, 32) depending on the determined relative position. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (3) gondelfern an der Windenergieanlage angeordnet ist.Wind turbine after Claim 1 , characterized in that the converter (3) is arranged remote gondel at the wind turbine. Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Relativlage-Detektor (5) dazu ausgebildet ist, den Zyklenlageschieber (6) nur dann anzusteuern, wenn die Relativlage außerhalb eines Intervalls ist.Wind turbine after Claim 1 or 2 , characterized in that the relative position detector (5) is adapted to control the cycle shim (6) only when the relative position is outside of an interval. Windenergieanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Grenzen des Intervalls dynamisch sind.Wind turbine after Claim 3 , characterized in that limits of the interval are dynamic. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Selektor (65) vorgesehen ist, der einen der beiden Wechselrichter (31, 32) bestimmt, auf den der Zyklenlageschieber (6) wirkt.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that there is further provided a selector (65) which determines one of the two inverters (31, 32) on which the cycle bearing slide (6) acts. Windenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Selektor (65) belastungsgesteuert ist, vorzugsweise so ausgebildet ist, den Wechselrichter (31, 32) mit dem niedrigeren Belastungsmaß auszuwählen, wobei weiter vorzugsweise als Belastungsmaß die Spannung und/oder die Dauer des Intervalls fungiert.Wind turbine after Claim 5 , characterized in that the selector (65) is load-controlled, preferably designed to select the inverter (31, 32) with the lower load dimension, wherein the voltage and / or the duration of the interval preferably acts as the load measure. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Relativlage-Detektor (5) eine Phasensortiereinheit (6) aufweist, der vorzugsweise dazu ausgebildet ist, die Phasen der Wechselrichter (31, 32) nach ihrer Amplitude zu sortieren.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that the relative position detector (5) has a phase sorting unit (6) which is preferably designed to sort the phases of the inverters (31, 32) according to their amplitude. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Relativlage-Detektor (5) eine Kreuzvergleichseinheit (7) aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Phasen der Wechselrichter (31, 32) über Kreuz zu vergleichen.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that the relative position detector (5) comprises a cross-comparison unit (7) which is adapted to cross-compare the phases of the inverters (31, 32). Windenergieanlage nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Intervallbildungsmodul (81, 82) vorgesehen ist, welche aus einer minimalen und einer maximalen Phase des Wechselrichters ein Intervall bestimmt.Wind turbine after Claim 7 and 8th , characterized in that there is further provided an interval forming module (81, 82) which determines an interval from a minimum and a maximum phase of the inverter. Windenergieanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Überdeckungsmodul (82, 84, 85) vorgesehen ist, welches dazu ausgebildet ist zu prüfen, ob ein mittlerer Phasenwert eines der beiden Wechselrichter in dem Intervall des anderen der beiden Wechselrichter liegt.Wind turbine after Claim 9 , characterized in that there is further provided a coverage module (82, 84, 85) adapted to check whether a mean phase value of one of the two inverters is in the interval of the other of the two inverters. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzvergleichseinheit (7) und der Selektor (65) miteinander kombiniert sind.Wind turbine after one of the Claims 8 to 10 , characterized in that the cross comparison unit (7) and the selector (65) are combined with each other. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zyklenlageschieber (6) in Signallaufrichtung vor einem Pulsweitenmodulator (4) der Stromventile angeordnet ist.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that the cycle bearing slide (6) is arranged in the signal travel direction in front of a pulse width modulator (4) of the flow control valves. Umrichter zur Nachrüstung einer Windenergieanlage mit einem Generator (14) in einer Gondel (11), der von einem Windrotor (12) angetrieben ist, wobei der Umrichter mit dem Generator (14) zusammenwirkt zur Erzeugung elektrischer Leistung, wobei der Umrichter (3) einen netzseitigen und einen generatorseitigen Wechselrichter (31, 32) umfasst, deren Stromventilen (35, 36) mittels einer Schaltfrequenz zyklisch angesteuert sind, dadurch gekennzeichnet, dass ferner vorgesehen sind ein mit beiden Wechselrichtern (31, 32) synchronen Träger zur Ansteuerung der Stromventile (35, 36) mit jeweils einer Zyklenlage, ein Relativlage-Detektor (5), der dazu ausgebildet ist, die Zyklenlage für beide Wechselrichter (31, 32) zu ermitteln und deren relative Lage zueinander zu bestimmen, und ein Zyklenlageschieber (6), der mit dem Relativlage-Detektor (5) zusammenwirkt und ausgebildet ist zur Verschiebung der Zyklenlage zumindest eines der Wechselrichter (31, 32) abhängig von der ermittelten relativen Lage.Inverter for retrofitting a wind turbine with a generator (14) in a nacelle (11) driven by a wind rotor (12), the inverter being connected to the generator (14) cooperates to generate electrical power, wherein the inverter (3) comprises a network-side and a generator-side inverter (31, 32) whose flow valves (35, 36) are cyclically controlled by means of a switching frequency, characterized in that further provided with a one with two inverters (31, 32) synchronous carrier for controlling the flow control valves (35, 36) each having a cycle position, a relative position detector (5) which is adapted to determine the cycle position for both inverters (31, 32) and their relative position to determine each other, and a Zyklenlageschieber (6) which cooperates with the relative position detector (5) and is adapted to shift the cycle position of at least one of the inverters (31, 32) depending on the determined relative position. Umrichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er nach einem der Ansprüche 2 bis 12 weitergebildet ist.Inverter after Claim 13 , characterized in that it according to one of Claims 2 to 12 is further developed. Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, die einen Generator in einer Gondel, der von einem Windrotor angetrieben ist, einen Umrichter, der mit dem Generator zusammenwirkt zur Erzeugung elektrischer Leistung, und eine Verbindungsleitung zwischen Generator in der Gondel und dem Umrichter aufweist, wobei der Umrichter einen generatorseitigen und einen netzseitigen Wechselrichter mit Stromventilen umfasst, deren Stromventile mit einer Schaltfrequenz zyklisch angesteuert werden, gekennzeichnet durch synchrones Ansteuern der Stromventile beider Wechselrichtern mit jeweils einer Zyklenlage, Detektieren einer Relativlage umfassen ein Ermitteln der Zyklenlage beider Wechselrichter und ein Bestimmen einer relative Lage der Zyklenlagen, und Schieben der Zyklenlage eines der Wechselrichter abhängig von der ermittelten relativen Lage.A method of operating a wind turbine comprising a generator in a nacelle driven by a wind rotor, a converter cooperating with the generator to generate electrical power, and a connection line between generator in the nacelle and the inverter, the inverter having a generator side and a network-side inverter with flow control valves, whose flow valves are cyclically controlled at a switching frequency, characterized by synchronously controlling the flow control valves of both inverters, each with a cycle position, detecting a relative position include determining the cycle position of both inverters and determining a relative position of the cycle layers, and shifting the cycle position of one of the inverters depending on the determined relative position. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Verschieben nur der Zyklenlage des Wechselrichters mit niedrigerer Spannung.Method according to Claim 15 , characterized by shifting only the cycle position of the inverter with lower voltage. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Betreiben des Umrichters nach einem der Ansprüche 1 bis 11 Method according to Claim 15 characterized by operating the inverter according to one of Claims 1 to 11
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US20060034364A1 (en) * 2004-08-13 2006-02-16 Breitzmann Robert J Carrier synchronization to reduce common mode voltage in an AC drive
FR2965684B1 (en) * 2010-10-04 2012-09-07 Schneider Toshiba Inverter METHOD AND CONTROL SYSTEM FOR REDUCING COMMON MODE CURRENT IN A POWER CONVERTER
US8653931B2 (en) * 2010-10-27 2014-02-18 Rockwell Automation Technologies, Inc. Multi-phase power converters and integrated choke therfor

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